CC BY
19
УДК 546.65, 535.376
ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ Тт3+ В МОНОКРИСТАЛЛАХ гпЭ
р-ТИПА
А. Н. Георгобиани, М. Б. Котляревский1, В. В. Кидалов1, И. В. Рогозин1, У. А. Аминов, В. И. Демин
В монокристаллических слоях 2пБ р-типа проводимости, полученных методом радикало-лучевой гетерирую-щей эпитаксии, обнаружена и изучена голубая люминесценция, спектр которой охватывает область от 460 до 500 нм и содержат пики, соответствующие электронным переходам ионов Тт3+ из возбужденного состояния в основное 3Нв-
Электролюминесцентные структуры на основе ЕпБ, легированного редкоземельными элементами (РЗЭ) были получены для зеленой ^пБ'.Ег [1-3], 2п8\ТЪ [4 6]) и оранжевой N6. [1]) областей спектра. В настоящее время требует разрешения про-
блема создания эффективных инжекционных светодиодов для голубой области спектра. Наиболее подходящим РЗЭ для этой цели является тулий Ттп [1, 7-9].
Люминесцентные свойства ионов Тт3+ в кристаллах ZnS стехиометрического состава и п-типа были изучены в [1, 10, 11], где показано, что ионы тулия излучают в областях спектра около 480, 520, 700 и 800 нм. Вместе с изолированными дефектами типа Тт3+ на месте Zn образуются несколько его комплексов с собственными и примесными дефектами для поддержания зарядовой компенсации. Компенсирующие дефекты локализуются в ближайших к ионам тулия узлах (N14) или следующих за ближайшими узлах (NN¡4) кристаллической решетки. Обусловленные центрами такого типа так называемое гетерогенное расширение спектральных полос и появление новых полос наблюдаются в спектрах люминесценции этих материалов.
1Бердянский государственный педагогический институт, Бердянск, Украина.
I, отн. ед.
5
4
3
2
1 -
400
500
600
700
X, нм
Рис. 1. Спектр фотолюминесценции при температуре Т=80 К монокристаллов ZnS до ионной имплантации.
В нашей работе проведено исследование люминесценции в монокристаллическнх слоях ZnS:Tm р-типа. Слои были получены обработкой монокристаллов мето-
дом радикало-лучевой гетерирующей эпитаксии (РЛГЭ) [12]. Этот метод позволяет - регулировать в процессе роста состав слоя, инвертируя тип проводимости в результате отклонения от стехиометрии в сторону избытка металлоида, и получать слои с зеркальной поверхностью, не требующей дополнительной механической и химической обработки. Суть этого метода состоит в том, что термическая обработка исходных монокристаллов происходит в потоке диссоциированного на атомы (радикалы) металлоида этого соединения. Поток атомарного металлоида поступает из газовой фазы, а металлический компонент соединения - из объема кристалла. В случае избытка по металлу обрабатываемого кристалла, в первую очередь, из него выходят атомы металлического компонента, локализованные в междоузлиях. В случае кристаллов стехиомг трического состава или кристаллов с избытком по металлоиду выходят атомы металла. занимающие собственные места в кристаллической решетке; при этом образуются ва кансионные дефекты обладающие акцепторными свойствами. Это обусловливает
инверсию проводимости к р-типу.
о
Ионы тулия Тт3+ имплантировались с энергией Е = 90 кэВ, плотностью тока j = 0,2 мкА • см~2 и дозой D = 1015 с .м-2 при комнатной температуре. После имплантации отжиг радиационных дефектов проводился в двухзонной печи в радикалах серы. Температура в зоне образца составляла 450 °С, а в источнике серы - 550 °С. Активация молекул серы производилась с помощью ксеноновой лампы мощностью Р = 3 кВт. В результате этого отжига произошла инверсия проводимости ZnSe к р-типу, что было определено по знаку термо-ЭДС.
I, отн. ед.
7 ■
6
5 ■
4 •
3 •
2 •
1
450 460 470 480 490 500 X, нм
Рис. 2. Спектр фотолюминесценции при температуре Т=80 К образцов ZnS после ионной имплантации Тт3+ и отжцга в радикалах серы.
В качестве источника для возбуждения фотолюминесценции (ФЛ) использовался свет азотного лазера ЛГИ-21 (Ль = 337,1 нм). Спектр ФЛ монокристаллов ZnS при температуре Т = 80 К до ионной имплантации представлен на рис. 1. Он содержит полосы, характерные для самоактивированного сульфида цинка [13]. Спектр ФЛ образцов ZnS:Tm при температуре Т = 80 К после указанного выше отжига содержит ряд узких линий с максимумами при 466, 470, 473, 479, 483 и 489 нм (рис. 2). Линия с А = 479 нм, соответствует электронному переходу из возбужденного состояния 1С4 на
основное состояние 3Н6 в тулии, замещающем цинк. При этом Тт3+, замещая Zn2+. образует с ближайшим окружением систему Тт - 54 - Zn\2 [10]. Линия А = 483 нм также наблюдалась в [10] и приписана таким же переходам в ионах тулия, ассоцп ированных с атомами остаточных примесей. Остальные линии, очевидно, связаны с ионами тулия, ассоциированными с собственными дефектами ZnS р-типа, возникшими в процессе ионной имплантации и термообработки в радикалах серы.
Таким образом, только голубая люминесценция, соответствующая электронным переходам 1бГ4 —>4 Не ионов тулия, наблюдается в монокристаллах со сверхстехиоме-трическим содержанием серы. В кристаллах со стехиометрическим содержанием серы люминесценция содержит полосы также в областях 520, 700 и 800 нм [11].
ЛИТЕРАТУРА
[1] Bryant F. J., К г i е г A. Phys. Stat. Sol. (а), 81, 68 (1984).
[2]Wenjin Wang, Yanbing Hou, Changhong Wei, Xurong X u. Proc. 1994 Intern. Workshop Electrolum., Benjing, China, Oct. 10-12, Benjing, 206 (1994).
[3] Yanbing Hou, Yulin, Xurong Xu. Proc. 1994 Intern. Workshop Electrolum., Benjing, China, Oct. 10-12, Benjing, 348 (1994).
- [4] M i k a m i A., Terada K., Y о s h i d a M., N a k a j i m a S. J. Cryst. 'Growth, 117, 991 (1992).
[5]Lichun Chen, Xurong Xu, Jianquan Yao. Proc. 1994 Intern. Workshop Electrolum., Benjing, China, Oct. 10-12, Benjing, 336 (1994).
[6] N e у t s К., С о г 1 a t a n D., Van den Bossche J., DeVisschere P. Inorganic and Organic Electroluminescence (EL-96), Berlin. 43 (1996).
[7] T a n a k a S., M о r i m о t о S., Y a m a d а К. et al., J. Cryst. Growth, 117, 997 (1992).
[8]Changxin Guo, Hao Chen, Bilin Li, Jinxia Wang. Proc. 1994 Intern. Workshop Electrolum., Benjing, China, Oct. 10-12, Benjing, 225 (1994).
[9] Qian Y., Нага К., Munekata H., Kukimoto H. Proc. 1994 Intern. Workshop Electrolum., Benjing, China, Oct. 10-12, Benjing, 431 (1994).
[10] Z i m m e r m a n H., Boyn R. Phys. Stat. Sol., (b), 130, 315 (1984).
[11] Jastrabik L., Mares J.,- Pacesova S. et al., J. Luminesc., 24/25, 293 (1981). •
[12] Георгобиани А. H., Котляревский M. Б., Михаленко В. H. Труды ФИАН, 138, 79 (1983).
[13] Туницкая В. Ф., Филина Т. Ф., Панасюк Е. И., Илюхина 3. П. ЖПС, 14, 239 (1971).
Поступила в редакцию 7 апреля 1997 г.
\
